一種圓筒形零件筒壁殘余應(yīng)力的切環(huán)式測量方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種圓筒形零件筒壁殘余應(yīng)力的切環(huán)式測量方法，包括以下步驟：步驟1：形成切環(huán)：將從圓筒形零件筒壁截取的圓環(huán)作為待切的圓環(huán)，將所述待切的圓環(huán)沿半徑方向切開形成切環(huán)；步驟2：計算殘余應(yīng)力：該待切的圓環(huán)中，距離圓環(huán)中心半徑為r處的徑向殘余應(yīng)力σrr和環(huán)向殘余應(yīng)力σθθ計算公式分別為：本發(fā)明可以進行多點測量，不需要開發(fā)專用的測量設(shè)備、操作簡單方便、效率高、結(jié)果精確。
【專利說明】一種圓筒形零件筒壁殘余應(yīng)力的切環(huán)式測量方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種圓筒形零件筒壁殘余應(yīng)力的切環(huán)式測量方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 圓筒形零件在工業(yè)生產(chǎn)中普遍使用：當(dāng)其有底時就是杯狀的圓筒零件，如核工業(yè) 中核原料的存儲容器、軍工生產(chǎn)中的炮彈殼等；當(dāng)其無底時就是空心通管，在石油開采和煉 油等化工行業(yè)中廣泛應(yīng)用。圓筒形零件筒壁一般存在殘余應(yīng)力，而殘余應(yīng)力對其強度、斷裂 韌性、抗腐蝕開裂能力、尺寸穩(wěn)定性等都有重要的影響；當(dāng)圓筒形零件筒壁的殘余應(yīng)力過大 時，容易在其筒壁產(chǎn)生縱向（沿母線）裂紋而使圓筒形零件報廢，產(chǎn)生安全事故。故需要測 量圓筒形零件筒壁的殘余應(yīng)力，為合理設(shè)計圓筒形零件筒壁強度提供力學(xué)參數(shù)依據(jù)。
[0003] 工業(yè)上常用圓筒形零件大多由金屬塑性變形（擠壓、乳制、拉深沖壓）生產(chǎn)出來， 在機械外載荷作用下，零件各部分變形不均勻，有些部分塑性變形大，有些部分塑性變形 小，有些部分只產(chǎn)生彈性變形，而整個物體又要保持完整性；因此，當(dāng)外加機械載荷卸載后， 零件內(nèi)形成殘余應(yīng)力。殘余應(yīng)力會引起零件尺寸和形狀的變化；殘余應(yīng)力還會使零件的使 用壽命縮短：當(dāng)具有殘余應(yīng)力的零件在使用過程中受外力作用時，零件內(nèi)實際應(yīng)力為外力 所引起的應(yīng)力和殘余應(yīng)力之和，當(dāng)實際應(yīng)力達到材料的斷裂強度時，零件上就會產(chǎn)生裂紋 并擴展致使整個零件破壞，殘余應(yīng)力的存在影響材料的實際使用強度。
[0004] 殘余應(yīng)力過大還是應(yīng)力腐蝕開裂的主要原因，應(yīng)力腐蝕開裂是指金屬或合金在應(yīng) 力（包括殘余應(yīng)力）和腐蝕介質(zhì)的聯(lián)合作用下、產(chǎn)生的一種低應(yīng)力脆斷現(xiàn)象，應(yīng)力腐蝕開裂 在實際應(yīng)用中非常普遍存在，而且具有很強的破壞危害性。歷史上因為應(yīng)力腐蝕開裂造成 的危害事件不在少數(shù)，如1965年美國有一輸氣管線因應(yīng)力腐蝕而破損，造成瓦斯泄露、爆 炸，使10多人傷亡；二戰(zhàn)時期，印度有一個建在山區(qū)的軍火庫中所有炮彈殼口部縱向開裂 而報廢：炮彈殼是由黃銅經(jīng)拉深沖壓生產(chǎn)出來的，塑性變形后存在環(huán)向殘余應(yīng)力，在山區(qū)腐 爛樹葉釋放的氨氣環(huán)境共同作用下因應(yīng)力腐蝕而開裂。因此，在圓筒形零件的設(shè)計和可靠 性分析中必須對殘余應(yīng)力進行評估，準(zhǔn)確的測量筒形零件筒壁的殘余應(yīng)力，為合理設(shè)計圓 筒形零件筒壁強度、在防止安全事故產(chǎn)生的前提下節(jié)省材料具有重要的現(xiàn)實意義和社會經(jīng) 濟意義。
[0005] 據(jù)文獻調(diào)研分析，近10年以前，國內(nèi)外常用切環(huán)法來評估圓筒形零件筒壁殘余應(yīng) 力，但僅僅以切口張開距離定性地衡量殘余應(yīng)力的大小，切口張開距離并不能作為設(shè)計圓 筒形零件筒壁強度的參數(shù)依據(jù)。
[0006] 直到2007年，才出現(xiàn)專利號為200710118132 · 4的專利"螺旋縫埋弧焊管的殘余 應(yīng)力計算方法"，能定量計算用于石油、天然氣輸送的螺旋縫埋弧焊管管壁的殘余應(yīng)力。其 殘余應(yīng)力用等效應(yīng)力0?來表示，考慮了切口兩端周向張開距離Δ1、切口兩端軸向錯開距 離Λζ和徑向錯開距離Ar等與殘余應(yīng)力釋放密切相關(guān)的切口兒何參數(shù)，殘余應(yīng)力大小表 示為
[0007]

【權(quán)利要求】
1. 一種圓筒形零件筒壁殘余應(yīng)力的切環(huán)式測量方法，其特征在于，包括以下步驟： 步驟1:形成切環(huán)： 將圓筒形零件整體作為一個待切的圓環(huán)，或?qū)膱A筒形零件筒壁截取的圓環(huán)作為待切 的圓環(huán)，將所述待切的圓環(huán)沿半徑方向切開形成切環(huán)； 測量切環(huán)的內(nèi)半徑和外半徑分別為a和b;測量切環(huán)的切口張開弧長為Al，A1是圓 環(huán)平均半徑即r= (a+b)/2所對應(yīng)的弧長； 步驟2 :計算殘余應(yīng)力： 該待切的圓環(huán)中距離圓心r處的徑向殘余應(yīng)力〇"和環(huán)向殘余應(yīng)力〇 00的計算公式 分別如下：
其中，E為圓筒形零件所用材料的彈性模量；a彡r彡b; 若待切的圓環(huán)為多個，則多個待切的圓環(huán)的徑向殘余應(yīng)力〇"和環(huán)向殘余應(yīng)力〇ee 的組合表征整個圓筒形零件筒壁殘余應(yīng)力； 若待切的圓環(huán)為1個，則該待切的圓環(huán)的徑向殘余應(yīng)力〇"和環(huán)向殘余應(yīng)力〇 ee直接 表征圓筒形零件筒壁殘余應(yīng)力。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的圓筒形零件筒壁殘余應(yīng)力的切環(huán)式測量方法，其特征在于： 當(dāng)r=b時，對應(yīng)待切的圓環(huán)外表面的徑向殘余應(yīng)力〇 "= 0,環(huán)向殘余應(yīng)力
當(dāng)r=a時，對應(yīng)待切的圓環(huán)內(nèi)表面的徑向殘余應(yīng)力〇 "= 0,環(huán)向殘余應(yīng)力
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的圓筒形零件筒壁殘余應(yīng)力的切環(huán)式測量方法，其特征在于， 待切圓環(huán)的高度小于圓筒形零件外徑的十分之一。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1-3任一項所述的圓筒形零件筒壁殘余應(yīng)力的切環(huán)式測量方法，其特 征在于，從空心圓筒形零件筒壁上不同高度位置用電火花線切割方法、截面垂直于軸線方 向截取圓環(huán)。
【文檔編號】G01L5/00GK104483058SQ201510025230
【公開日】2015年4月1日 申請日期:2015年1月19日 優(yōu)先權(quán)日:2015年1月19日
【發(fā)明者】肖良紅, 袁道合, 劉金剛, 向俊仲, 周益春 申請人:湘潭大學(xué)